RU147261U1

RU147261U1 - CAPACITIVE LIQUID METER

Info

Publication number: RU147261U1
Application number: RU2014119647/28U
Authority: RU
Inventors: Максим Алексеевич Мастепаненко; Игорь Николаевич Воротников; Ильдар Курбангалиевич Шарипов; Сергей Викторович Аникуев; Кирилл Александрович Фалько
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2014-10-27

Abstract

Емкостной измеритель уровня жидкостей, содержащий два конденсаторных датчика уровня жидкости, внешние электроды которых выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения, покрытый изоляцией проволочный электрод, выполненный в виде одножильной или многожильной проволоки и закрепленный по оси внешних электродов, центральный изолированный электрод одного из конденсаторных датчиков уровня жидкости выполнен по меньшей мере на 10% длинее внешнего электрода, отличающийся тем, что излишек центрального электрода и неизолированный провод установлены в виде одно- или многовитковой петли с помощью двух шпилек, одна из которых расположена в нижней части внешнего электрода во внутренней его полости, а вторая во внутренней полости поворотной втулки, которая установлена соосно с внешним электродом на скользящей посадке.A capacitive liquid level meter containing two capacitor liquid level sensors, the external electrodes of which are made in the form of pipes of predominantly circular cross-section, an insulated wire electrode made in the form of a single-core or multi-core wire and fixed along the axis of the external electrodes, a central insulated electrode of one of the capacitor level sensors liquid is made at least 10% longer than the external electrode, characterized in that the excess of the Central electrode and uninsulated wire d set in a single or multi-turn loop with two pins, one of which is located at the bottom of the outer electrode in its inner cavity and the second cavity of the inner rotary sleeve which is mounted coaxially with the external electrode slidably.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами.The utility model relates to the field of electrical engineering and is intended to measure the level of dielectric and conductive liquids, and can be used in control systems and technological processes.

Уровень техникиState of the art

Известен емкостной датчик уровня, содержащий электроизолированные друг от друга цилиндрические коаксиальные электроды расположены на экране, выполненном в виде соединенных трубой втулок. Труба проходит в полости внутреннего электрода и электроизолирована от него. На одной втулке электроды закреплены винтами и гайками и электроизолированы, а другая втулка расположена на противоположных торцах электродов (см. описание изобретения к патенту РФ №2112931, C1, G01F 23/26, опубл. 1998.06.10).Known capacitive level sensor, containing electrically insulated from each other, cylindrical coaxial electrodes are located on the screen, made in the form of pipe-connected bushings. The pipe passes in the cavity of the inner electrode and is insulated from it. On one sleeve, the electrodes are fixed with screws and nuts and insulated, and the other sleeve is located on opposite ends of the electrodes (see the description of the invention to RF patent No. 2112931, C1, G01F 23/26, publ. 1998.06.10).

Недостатком указанного датчика является отсутствие возможности непрерывного контроля уровня жидкости, особенно при больших его изменениях, громоздкость и материалоемкость конструкции.The disadvantage of this sensor is the inability to continuously monitor the liquid level, especially with large changes, the bulkiness and material consumption of the structure.

Известен емкостной измеритель уровня жидкости, содержащий металлический защитный экран, одновременно являющийся корпусом и электродом и выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения, две шпильки, установленные поперек металлического защитного экрана по его концам на расстоянии не менее перепада измеряемого уровня, покрытый изоляцией проволочный электрод, уложенный в полости металлического защитного экрана вдоль его оси и закрепленный с помощью двух шпилек, два идентичных конденсаторных датчика уровня жидкости, один из которых короче другого, не менее чем на 10%, при этом длинна более короткого конденсаторного датчика должна быть не менее диапазона изменения уровня контролируемой жидкости (RU №85641, U1, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 10.08.2009).Known capacitive liquid level meter containing a metal protective shield, simultaneously being a casing and an electrode and made in the form of a metal pipe, mainly of circular cross section, two studs mounted across the metal protective shield at its ends at a distance of not less than the difference in the measured level, insulated wire electrode laid in the cavity of the metal protective shield along its axis and secured with two studs, two identical capacitor liquid level sensors bones, one of which is shorter than the other, by at least 10%, while the length of the shorter capacitor sensor must be at least the range of the level of the controlled fluid (RU No. 85641, U1, G01F 23/24, G01F 23/26, publ. 08/10/2009).

Недостатками датчика являются: отсутствие возможности использования датчика для измерения уровня жидкости в нижней части резервуара, так как диапазон измеряемого уровня жидкости может менять в пределах длины короткого конденсаторного датчика уровня жидкости, низкое значение электрической емкости постоянно погруженной части конденсаторного датчика уровня жидкости, имеющего большую длину не менее чем на 10% другого конденсаторного датчика уровня жидкости. Стремление увеличить эту разность длин приводит к увеличению электрической емкости этой части датчика, но при этом усугубляет первый недостаток.The disadvantages of the sensor are: the inability to use the sensor to measure the liquid level in the lower part of the tank, since the range of the measured liquid level can vary within the length of the short capacitor liquid level sensor, the low value of the electric capacitance of the constantly submerged part of the condenser liquid level sensor having a long length less than 10% of another condenser liquid level sensor. The desire to increase this length difference leads to an increase in the electrical capacitance of this part of the sensor, but at the same time exacerbates the first drawback.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является емкостной уровнемер жидкостей, содержащий два конденсаторных датчика уровня жидкости, внешние электроды которых выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения, покрытый изоляцией проволочный электрод, выполненный в виде одножильной или многожильной проволоки и закрепленный по оси внешних электродов, центральный изолированный электрод одного из конденсаторных датчиков уровня жидкости выполнен по меньшей мере на 10% длиннее внешнего электрода и излишек его длины вместе с неизолированным проводом, один конец которого соединен с внешним электродом, смяты в произвольный клубок, помещенный в металлический корпус с перфорированными стенками, и закрепленный на нижнем конце внешнего электрода (RU №93975, U1, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 10.05.2010).The closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted by the authors for the prototype is a capacitive liquid level gauge containing two capacitor liquid level sensors, the external electrodes of which are made in the form of pipes of predominantly circular cross section, an insulated wire electrode made in the form of a single-core or multi-strand wire and fixed along the axis of the external electrodes, the central insulated electrode of one of the capacitor liquid level sensors is made at least at least 10% longer than the external electrode and the excess of its length, together with a bare wire, one end of which is connected to the external electrode, is wrinkled into an arbitrary ball placed in a metal case with perforated walls and fixed to the lower end of the external electrode (RU No. 93975, U1 , G01F 23/24, G01F 23/26, publ. 05/10/2010).

Недостатком датчика является: погрешность измерения, вызванная изменением взаимного расположения проволочных электродов компенсационного датчика, вследствие, например, изменения температуры контролируемой жидкости, а также отсутствие возможности устранения технологического разброса начальной емкости компенсационного датчика.The disadvantage of the sensor is: the measurement error caused by a change in the relative position of the wire electrodes of the compensation sensor, due, for example, to a change in the temperature of the fluid being monitored, as well as the inability to eliminate the technological variation in the initial capacity of the compensation sensor.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к устранению погрешности измерений, вызванных изменением взаимного расположения проволочных электродов и изменения начальной емкости компенсационного датчика, значительному увеличению электрической емкости компенсационного датчика, а также возможности подстраивания и устранения технологического разброса начальной емкости компенсационного датчика при его изготовлении.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to eliminate the measurement error caused by a change in the relative position of the wire electrodes and a change in the initial capacitance of the compensation sensor, a significant increase in the electrical capacitance of the compensation sensor, as well as the possibility of adjusting and eliminating the technological spread of the initial capacitance of the compensation sensor in its manufacture.

Технический результат достигается тем, что емкостной измеритель уровня жидкостей, содержащий два конденсаторных датчика уровня жидкости, внешние электроды которых выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения, покрытый изоляцией проволочный электрод, выполненный в виде одножильной или многожильной проволоки и закрепленный по оси внешних электродов, центральный изолированный электрод одного из конденсаторных датчиков уровня жидкости выполнен по меньшей мере на 10% длиннее внешнего электрода, излишек центрального электрода и неизолированный провод установлены в виде одно- или многовитковой петли с помощью двух шпилек, одна из которых расположена в нижней части внешнего электрода во внутренней его полости, а вторая во внутренней полости поворотной втулки, которая установлена соосно с внешним электродом на скользящей посадке.The technical result is achieved in that a capacitive liquid level meter containing two capacitor liquid level sensors, the external electrodes of which are made in the form of pipes of predominantly circular cross section, an insulated wire electrode made in the form of a single-core or multi-strand wire and fixed along the axis of the external electrodes, central insulated the electrode of one of the capacitor liquid level sensors is made at least 10% longer than the external electrode, the excess of the central electrode bare wire mounted as a one- or multi loop using two pins, one of which is located at the bottom of the outer electrode in its inner cavity and the second cavity of the inner rotary sleeve which is mounted coaxially with the external electrode slidably.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. изображен в разрезе емкостной измеритель уровня жидкостей, установленный в резервуаре с контролируемой по уровню жидкостью.In FIG. The section shows a capacitive liquid level meter installed in a tank with a level-controlled liquid.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Емкостной измеритель уровня жидкостей содержит два коаксиальных конденсаторных датчика 1 и 2 уровня жидкости, установленных вертикально в резервуаре 3 с контролируемой жидкостью (см. фиг).A capacitive liquid level meter contains two coaxial capacitor sensors 1 and 2 of a liquid level mounted vertically in a tank 3 with a controlled liquid (see Fig.).

Внешние электроды 4 и 5 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения и имеют боковые отверстия для свободного заполнения контролируемой жидкостью по мере изменения ее уровня. Внешние электроды 4 и 5 также служат электростатическим и электромагнитным экраном соединены с прибором 6 для измерения электрической емкости.The external electrodes 4 and 5 of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level are made in the form of pipes of mainly circular cross section and have side openings for free filling with a controlled liquid as its level changes. External electrodes 4 and 5 also serve as an electrostatic and electromagnetic shield connected to a device 6 for measuring electrical capacitance.

Центральные электроды 7 и 8 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости выполнены в виде одножильной или многожильной проволоки, покрытой изоляцией, и закреплены по оси внешних электродов 4 и 5 с помощью диэлектрических втулок 9. При этом длина одного центрального электрода 7 примерно равна длине внешнего электрода 4, а длина другого центрального электрода 8 превышает длину внешнего электрода 5 по меньшей мере на 10% и этот излишек центрального электрода 8 расположен со стороны нижнего конца конденсаторного датчика 2 уровня жидкости. Рядом с ним установлен еще один неизолированный провод 10, длина которого примерно равна длине излишка центрального электрода 8. Неизолированный провод 10 электрически соединен с внешним электродом 5 конденсаторного датчика 2. Неизолированный провод 10 и излишек центрального электрода 8 установлены в виде одно- или многовитковой петли на каркасе с помощью двух шпилек 11 и 12. Шпилька 11 расположена во внутренней полости нижней части внешнего электрода 5 поперек его геометрической оси. Соосно с внешним электродом 5 в нижней его части установлена поворотная втулка 13. Поворотная втулка 13 закреплена на конце внешнего электрода 5 на скользящей посадке. В поворотной втулке 13 поперек ее геометрической оси установлена шпилька 12.The central electrodes 7 and 8 of the capacitor sensors 1 and 2 of the liquid level are made in the form of single-core or stranded wires coated with insulation, and are fixed along the axis of the external electrodes 4 and 5 with the help of dielectric bushings 9. The length of one central electrode 7 is approximately equal to the length of the external electrode 4, and the length of the other central electrode 8 exceeds the length of the outer electrode 5 by at least 10%, and this excess of the central electrode 8 is located on the lower end of the liquid level capacitor sensor 2. Next to it, another non-insulated wire 10 is installed, the length of which is approximately equal to the length of the excess of the central electrode 8. The non-insulated wire 10 is electrically connected to the external electrode 5 of the capacitor sensor 2. The uninsulated wire 10 and the excess of the central electrode 8 are installed in the form of a single or multi-turn loop the frame using two studs 11 and 12. The stud 11 is located in the inner cavity of the lower part of the outer electrode 5 across its geometric axis. A rotary sleeve 13 is installed coaxially with the external electrode 5 in its lower part. The rotary sleeve 13 is fixed at the end of the external electrode 5 on a sliding fit. In the rotary sleeve 13 across its geometric axis mounted stud 12.

При этом неизолированный провод 10 и излишек центрального электрода 8 образуют компенсационный датчик 14, размещенный в нижней части внешнего электрода 5 и соединенный параллельно с конденсаторным датчиком 2. Компенсационный датчик 14 постоянно заполнен контролируемой жидкостью и является датчиком ее диэлектрических свойств. Для свободного заполнения контролируемой жидкостью поворотная втулка имеет перфорированные стенки.In this case, the bare wire 10 and the excess of the central electrode 8 form a compensation sensor 14 located at the bottom of the external electrode 5 and connected in parallel with the capacitor sensor 2. The compensation sensor 14 is constantly filled with a controlled fluid and is a sensor of its dielectric properties. For free filling with controlled fluid, the rotary sleeve has perforated walls.

Работает емкостной измеритель уровня жидкостей следующим образом.Works capacitive liquid level meter as follows.

Емкостной измеритель уровня жидкостей устанавливают в резервуаре 3 с жидкостью, уровень которой необходимо измерять.A capacitive liquid level meter is installed in the tank 3 with the liquid, the level of which must be measured.

Внешний и центральный электроды 4 и 7 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и внешний и центральный электроды 5 и 8 конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему компенсационным датчиком 14, образуют два электрических конденсатора, являющиеся чувствительным элементами емкостного измерителя уровня жидкостей.The external and central electrodes 4 and 7 of the liquid level condenser sensor 1 and the external and central electrodes 5 and 8 of the liquid level capacitor sensor 2, together with the compensation sensor 14 connected to it in parallel, form two electric capacitors that are sensitive elements of a capacitive liquid level meter.

Во время измерения уровня жидкости в резервуаре 3 возможно изменение диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, которая зависит от температуры, состава и свойств жидкости, а в связи с этим возникновение дополнительной погрешности. Этот недостаток позволяет устранить конденсаторный датчик 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему компенсационным датчиком 14. Одновременно, с изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, изменяется общая емкость конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему компенсационным датчиком 14, так как емкость компенсационного датчика 14 не зависит от изменения уровня жидкости в резервуаре 3, а является функцией только диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и позволяет постоянно следить за изменением диэлектрических свойств контролируемой жидкости и компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрических свойств контролируемой жидкости. При чем общая электрическая емкость конденсаторного датчика 1 уровня жидкости меньше общей электрической емкости конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему компенсационным датчиком 14, на емкость компенсационного датчика 14. Чем больше эта разница, тем точнее будет производиться измерение.During the measurement of the liquid level in the tank 3, a change in the dielectric constant of the controlled liquid is possible, which depends on the temperature, composition and properties of the liquid, and in this regard, the occurrence of an additional error. This disadvantage eliminates the liquid level capacitor sensor 2, together with the compensation sensor 14 connected to it at the same time. Simultaneously, with the change in the dielectric constant of the controlled liquid, the total capacity of the liquid level capacitor sensor 2 changes, together with the compensation sensor 14 connected to it in parallel, since the capacity of the compensation sensor 14 does not depend on changes in the liquid level in the tank 3, but is a function of only the dielectric constant of a controlled fluidity and allows you to constantly monitor changes in the dielectric properties of the controlled fluid and to compensate for the measurement error caused by changes in the dielectric properties of the controlled fluid. Moreover, the total electric capacity of the capacitor sensor 1 of the liquid level is less than the total electric capacity of the capacitor sensor 2 of the liquid level, together with the compensation sensor 14 connected to it, by the capacity of the compensation sensor 14. The larger this difference, the more accurate the measurement will be made.

При изготовлении компенсационного датчика 14 предлагаемого емкостного измерителя уровня жидкости возможен технологический разброс в начальных значениях емкости. Этот недостаток можно устранить, поворачивая в ту или иную сторону поворотную втулку 13, и тем самым, меняя взаимное расположение излишка центрального электрода 8 и неизолированного провода 10 и электрическую емкость конденсаторного датчика 2.In the manufacture of the compensation sensor 14 of the proposed capacitive liquid level meter, technological variation in the initial capacitance values is possible. This disadvantage can be eliminated by turning the rotary sleeve 13 in one direction or another, and thereby changing the relative position of the excess central electrode 8 and uninsulated wire 10 and the electric capacitance of the capacitor sensor 2.

В тех случаях, когда необходимо получить наибольшую удельную емкость компенсационного датчика 14, можно увеличивать начальную длину излишка центрального электрода 8 и неизолированного провода 10. При том же расположении шпилек 11 и 12, в этом случае количество витков увеличится, что приведет к увеличению емкости конденсаторного датчика 2.In cases where it is necessary to obtain the largest specific capacity of the compensation sensor 14, it is possible to increase the initial length of the excess of the central electrode 8 and uninsulated wire 10. With the same arrangement of the studs 11 and 12, in this case the number of turns will increase, which will lead to an increase in the capacitance of the capacitor sensor 2.

Предлагаемый емкостной измеритель уровня жидкостей по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The proposed capacitive level meter of liquids in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:

- позволяет значительно увеличить удельную емкость компенсационного датчика, не увеличивая при этом габариты емкостного измерителя уровня жидкостей;- allows you to significantly increase the specific capacity of the compensation sensor, without increasing the dimensions of the capacitive level meter liquids;

- позволяет устранить погрешность измерений, вызванную изменением взаимного расположения проволочных электродов компенсационного датчика;- allows to eliminate the measurement error caused by a change in the relative position of the wire electrodes of the compensation sensor;

- устраняет необходимость установки дополнительной линии связи компенсационного датчика с прибором для измерения электрической емкости;- eliminates the need to install an additional communication line of the compensation sensor with the device for measuring electrical capacitance;

- позволяет устранить технологический разброс в начальных значениях емкости компенсационного датчика.- allows you to eliminate technological variation in the initial values of the capacitance of the compensation sensor.

Claims

A capacitive liquid level meter containing two capacitor liquid level sensors, the external electrodes of which are made in the form of pipes of predominantly circular cross-section, an insulated wire electrode made in the form of a single-core or multi-core wire and fixed along the axis of the external electrodes, a central insulated electrode of one of the capacitor level sensors liquid is made at least 10% longer than the external electrode, characterized in that the excess of the Central electrode and uninsulated wire d set in a single or multi-turn loop with two pins, one of which is located at the bottom of the outer electrode in its inner cavity and the second cavity of the inner rotary sleeve which is mounted coaxially with the external electrode slidably.